DE4234429A1 - Motor-Pumpen-Einheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Motor-Pumpen-Einheit, die eine eine innerhalb eines Pumpengehäuses gelagerte Pumpenwelle aufweisende Verdrängerpumpe und einen Elektromotor umfaßt, der eine inner­ halb eines Motorgehäuses befindliche und darin gelagerte Motor­ welle besitzt, die lösbar mit der Pumpenwelle verbunden ist.

Solche Motor-Pumpen-Einheiten sind in der Praxis weit verbrei­ tet. Bei ihnen besteht die Problematik, die Konstruktion so aus­ zuführen und in der Fertigung so genau zu arbeiten, daß das Spiel in der Verbindung zwischen den beiden Wellen nicht so groß ist, daß erhöhter verschleiß zu erwarten ist, daß aber anderer­ seits auch nicht Fluchtungsfehler zu einem Wirkungsgradverlust führen. Zur Lösung dieser Problematik werden bei bekannten Mo­ tor-Pumpen-Einheiten, bei denen das Pumpengehäuse direkt am Mo­ torgehäuse befestigt ist, Kupplungen zwischen den beiden Wellen verwendet, mit denen Fluchtungsfehler ausgeglichen werden kön­ nen. Es ist auch bekannt, zwischen das Pumpengehäuse und das Mo­ torgehäuse einen Pumpenträger anzuordnen, der aus zwei Teilen besteht, zwischen denen ein elastischer zwischenring liegt. Das Pumpengehäuse wird an dem einen Teil und das Motorgehäuse an dem anderen Teil des Pumpenträgers befestigt. Auf diese Weise werden Fluchtungsfehler nicht zwischen den Wellen sondern zwischen den Gehäusen ausgeglichen.

Andere bekannte Motor-Pumpen-Einheiten hat man, um Bauteile ein­ zusparen und um die Baulänge zu reduzieren, so ausgeführt, daß zwischen den Wellen keine Fluchtungsfehler ausgleichende Kupp­ lung vorhanden ist und daß das Pumpengehäuse direkt am Motorge­ häuse angeflanscht ist. Um nicht zu große Wirkungsgradverluste auftreten zu lassen, ist hier bei der Fertigung der Bauteile und ihrer Montage eine erhöhte Präzision gefordert, die sich negativ auf die Herstellkosten auswirkt.

Bei einer weiteren bekannten Motor-Pumpen-Einheit haben der Elektromotor und die Verdrängerpumpe eine einzige gemeinsame Welle. Das Motorgehäuse und das Pumpengehäuse haben einen ge­ meinsamen Flansch. Bei einer solchen Konstruktion tritt die Pro­ blematik von Fluchtungsfehlern zwischen zwei separaten Wellen von vornherein nicht auf. Allerdings ist eine eigens für den di­ rekten Anbau an einen Elektromotor vorgesehene Verdrängerpumpe notwendig, so daß sich die Produktvielfalt erhöht und der Zusam­ menbau des Elektromotors mit einer Standardpumpe, die schon eine Pumpenwelle beinhaltet, nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Motor-Pumpen-Ein­ heit, die die Merkmale aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 auf­ weist, so auszubilden, daß durch einen einfachen Aufbau eine ko­ stengünstige Herstellung ermöglicht wird, wobei durch Fluch­ tungsfehler hervorgerufene Wirkungsgradverluste weitgehend ver­ mieden werden sollen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Motor-Pumpen-Einheit mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Anspruches 1 die Motorwelle nur an ihrem der Pumpe abgewandten Ende im Motorgehäuse gelagert und am pumpenseitigen Ende durch die Pumpenwelle ausgerichtet ist. Bei einer erfindungsgemäßen Motor-Pumpen-Einheit wird gegenüber bekannten Motor-Pumpen-Ein­ heiten mit einer lösbar mit der Motorwelle verbundenen Pumpen­ welle auf eine pumpenseitige Lagerung der Motorwelle verzichtet, da die Motorwelle nach ihrer Koppelung mit der Pumpenwelle pum­ penseitig ausreichend geführt ist. Durch den Verzicht auf das pumpenseitige Lager verringern sich die Bauteile- und die Monta­ gekosten. Durch den Verzicht auf das pumpenseitige Lager für die Motorwelle wird außerdem der Abstand von der Verbindungsstelle zwischen der Pumpenwelle und der Motorwelle zum nächsten die Mo­ torwelle führenden Drehlager, das sich nun am der Pumpe abge­ wandten Ende der Motorwelle befindet, so groß, daß die Motor­ welle aufgrund ihrer Elastizität Fluchtungsfehler ausgleichen kann. Am Lager der Motorwelle immer vorhandenes Spiel läßt au­ ßerdem ein leichtes Verkippen der Motorwelle zu, was wegen der großen Entfernung zwischen der Verbindungsstelle und dem Lager ebenfalls zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern beiträgt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Motor-Pum­ pen-Einheit kann man den Unteransprüchen entnehmen.

So wird eine Ausführung bevorzugt, bei der gemäß Anspruch 2 die Pumpenwelle und die Motorwelle ineinander gesteckt sind. Grund­ sätzlich ist dabei auch eine kraftschlüssige Verbindung denkbar.

Bei den hohen Drücken, für die Verdrängerpumpen im allgemeinen ausgelegt sind, erscheint es jedoch günstiger, wenn gemäß An­ spruch 3 die Pumpenwelle und die Motorwelle in Drehrichtung formschlüssig miteinander gekoppelt sind.

Die Verbindung von Pumpenwelle und Motorwelle ist vorzugsweise als leichte Spielpassung, insbesondere als Gleitsitz ausgelegt. Dadurch wird die Montage und die Demontage der Motor-Pumpen-Ein­ heit erleichtert. Außerdem trägt ein leichtes Spiel in der Ver­ bindung dazu bei, Fluchtungsfehler auszugleichen.

Die Verbindung der beiden Wellen wird zweckmäßigerweise gemäß den in den Ansprüchen 5 und 6 angegebenen und an sich bekannten Konstruktionen gestaltet.

Beim Trennen der beiden Komponenten einer Motor-Pumpen-Einheit muß sowohl die Verbindung der beiden Gehäuse als auch die Ver­ bindung der beiden Wellen miteinander gelöst werden. Nach länge­ rem Betrieb können diese Verbindungen durch Korrosion sehr fest geworden sein. Die Demontage wird dann erleichtert, wenn gemäß Anspruch 7 eine Welle eine durchgehende axiale Bohrung aufweist. Durch diese Welle kann dann ein Werkzeug gesteckt werden, über das auf die andere Welle und damit auf die andere Komponente mit einer geeigneten Abdrückvorrichtung eingewirkt werden kann. Die Bohrung wird man vorzugsweise in der Motorwelle vorsehen, da diese im allgemeinen einen größeren Durchmesser als die Pumpen­ welle hat. Um die Neigung zur Korrosion zu vermindern, befindet sich gemäß Anspruch 8 vorteilhafterweise an den Kontaktflächen der beiden Wellen ein korrosionshemmender Stoff. Zu denken ist dabei z. B. an eine Bariumpaste.

Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn gemäß Anspruch 9 ein von einem Lagerschild aufgenommenes Lager, mit dem die Motorwelle an ihrem der Pumpe abgewandten Ende drehbar gelagert ist, relativ zur Motorwelle oder relativ zum Lagerschild axial verschiebbar ist. Auf diese Weise können nämlich temperaturbedingte Längenän­ derungen der Motorwelle leicht auch dann noch ausgeglichen wer­ den, wenn sich die Verbindung der beiden Wellen wegen ungünsti­ ger äußerer Betriebsbedingungen festgesetzt hat und in der Ver­ bindung ein Längenausgleich nicht mehr möglich ist. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß das Lager ausgehend von einer Posi­ tion, die es bei einer mittleren Temperatur, z. B. Zimmertempera­ tur, innehat axial nach einer Richtung verschiebbar ist und so eine Verlängerung der Motorwelle ausgeglichen werden kann.

Ein nachgiebiges Bauteil zwischen dem Lager und der Motorwelle oder dem Lagerschild stellt dabei sicher, daß einerseits das La­ ger beim Zusammenbau von Pumpe und Elektromotor durch ein Ver­ schieben der Motorwelle nicht auf Anschlag an die Motorwelle oder den Lagerschild gelangt und daß andererseits wegen der Nachgiebigkeit des Bauteils eine temperaturbedingte Verschiebung des Lagers möglich ist. Ist das Bauteil elastisch, so kann es eine eventuelle leichte Verschiebung der Motorwelle beim Zusam­ menbau wieder rückgängig machen.

Durch eine Ausbildung nach Anspruch 11 ist sichergesellt, daß sich die Motorwelle bei der Demontage von Pumpe und Elektromotor am Lagerschild abstützen kann und daß sie auch während des Transports des Elektromotors oder der Einheit axial sicher ge­ halten ist, ohne daß der Rotor axial gegen irgendwelche Gehäuse­ teile stößt oder eine axiale Kraft auf die Pumpenwelle ausgeübt wird.

Zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Motor-Pumpen- Einheit sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 in einem Teillängsschnitt das erste Ausführungsbeispiel, bei dem die Pumpenwelle und die Motorwelle durch eine Paßfeder in Drehrichtung miteinander verbunden sind, und

Fig. 2 in einem Teilschnitt das zweite Ausführungsbeispiel, bei dem die Pumpenwelle und die Motorwelle über eine Ver­ zahnung miteinander verbunden sind.

Die Motor-Pumpen-Einheiten aus den Fig. 1 und 2 bestehen aus einem Elektromotor 10 und einer Verdrängerpumpe 11, die bei den Ausführungsbeispielen als Flügelzellenpumpe ausgebildet ist. Von dem Elektromotor 10 ist ein Gehäuse 12 erkennbar, das aus einem rohrförmigen Mittelteil 13 und einem den Mittelteil 13 pumpen­ seitig verschließenden Flansch 14 und einem den Mittelteil 13 pumpenabseitig verschließenden Flansch 15 besteht. Beide Flan­ sche besitzen jeweils einen zentralen Durchbruch 16 bzw. 17 für eine einen Teil des nicht näher dargestellten Rotors des Elek­ tromotors 10 darstellende Motorwelle 18. Der zentrale Durchbruch 17 im Flansch 15 ist zum Inneren des Motorgehäuses 12 hin von einem Kragen 19 umgeben, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Durchmesser des Durchbruchs 17 ist und in den ein Kugel­ lager 20 eingeschoben ist. Der Flansch 15 dient also als Lager­ schild. Zwischen dem Außenring des Kugellagers und der zwischen dem Kragen 19 und dem Durchbruch 17 wegen der verschiedenen Durchmesser bestehenden Auflagefläche ist ein elastischer Ring 62 angeordnet. Durch einen Sicherungsring 21, an dem in der ge­ zeigten Form des elastischen Rings 62 der Außenring des Kugella­ gers 20 axial anliegt, ist das Kugellager 20 zusätzlich im Kra­ gen 19 gesichert. Die Motorwelle 18 ist im Bereich des Lager­ schilds 15 zweimal stufenförmig abgesetzt. Auf die erste Stufe ist der Innenring des Kugellagers 20 und auf die zweite Stufe ganz am Ende der Motorwelle 18 mit seiner Nabe ein Lüfterrad 22 aufgepreßt. Durch das Kugellager 20 ist die Motorwelle 18 im Mo­ torgehäuse 12 radial gelagert und axial spielfrei gehalten.

Der Sitz zwischen dem Außenring des Kugellagers 20 und dem Kra­ gen 19 ist so beschaffen, daß unter Berücksichtigung der axialen Einspannung des Außenrings zwischen dem Sicherungsring 21 und dem elastischen Ring 62 das Kugellager 20 normalerweise relativ zum Lagerschild 15 seine axiale Lage beibehält und daß im Be­ trieb eine relative Drehung sicher nicht zwischen dem Außenring und dem Kragen, sondern zwischen dem Außenring und dem Innenring des Kugellagers 20 stattfindet, daß sich das Kugellager 20 je­ doch bei einer temperaturbedingten Längenänderung der Motorwelle 18 und einem Festsitzen der Verbindung zwischen der Pumpenwelle 36 und der Motorwelle 18 relativ zum Lagerschild 15 axial ver­ schieben kann. Wegen der Nachgiebigkeit des elastischen Rings 62 ist eine solche Bewegung des Kugellagers 20 in Richtung auf den Lagerschild 15 zu möglich, so daß eine Verlängerung der Motor­ welle 18 relativ zum Gehäuse 12 ausgleichbar ist. Ist auch eine relative Verkürzung der Motorwelle 18 zu erwarten, so kann man zwischen dem Kugellager 20 und dem Sicherungsring 21 einen Ab­ stand vorsehen, der frei bleibt oder in dem eine zweiter nach­ giebiger, vorzugsweise elastischer Ring angeordnet ist.

Die Verdrängerpumpe 11 besitzt ein Pumpengehäuse 30 mit zwei Ge­ häuseteilen 31 und 32, die eine Pumpenkammer bilden, in der sich zwischen zwei Steuerscheiben 33 als Teil des Rotors der Pumpe ein Flügelträger 34 mit den Flügeln 35 befindet. Der Rotor der Pumpe wird vervollständigt durch die Pumpenwelle 36, die ein­ stückig mit dem Flügelträger 34 hergestellt ist und die beid­ seits des Flügelträgers 34 in den beiden Gehäuseteilen 31 und 32 über Gleitlager 37 gelagert ist. Während das Gehäuseteil 32 topfförmig gestaltet ist, ist das Gehäuseteil 31 mehr flanschar­ tig ausgebildet. Das Gehäuseteil 32 besitzt einen zentralen Durchbruch 38, durch den die Pumpenwelle 36 aus dem Pumpenge­ häuse 30 heraustreten kann. In dem Durchbruch dichtet ein Dicht­ ring 39 zwischen dem Gehäuseteil 32 und der Pumpenwelle 36 ab. Ein zentraler Durchbruch im Gehäuseteil 31 ist durch einen Dec­ kel 29 verschlossen.

Die beiden Gehäuse 12 und 30 sind in an sich bekannter und des­ halb nicht näher dargestellter Weise dadurch direkt aneinander angeflanscht, daß Maschinenschrauben durch Bohrungen eines Flan­ sches des Gehäuseteils 32 der Pumpe in Gewindebohrungen des Flansches 14 des Elektromotors eingeschraubt sind. Zentriert sind die beiden Gehäuse 12 und 30 dadurch, daß das Gehäuseteil 32 der Pumpe 11 mit einem Bund 40 in eine zur Pumpe 11 hin of­ fene, kreisscheibenförmige Ausnehmung 41 des Flansches 14 hin­ eingesteckt ist.

Die Pumpenwelle 36 tritt durch den Durchbruch 38 im Gehäuseteil 32 der Pumpe 11 aus dem Pumpengehäuse 30 heraus und ragt mit ei­ nem zentrischen Wellenzapfen 42 in eine zentrische Sackbohrung 43 der Motorwelle 18 hinein. Die Passung zwischen dem Wellenzap­ fen 42 und der Sackbohrung 43 ist mit leichtem Spiel als Gleit­ sitz ausgeführt.

Bei der Ausführung nach Fig. 1 nimmt der Wellenzapfen 42 in ei­ ner länglichen, axial verlaufenden und in axialer Richtung beid­ seitig geschlossenen Ausnehmung 50 eine Paßfeder 51 auf, die in ihrer axialen Länge der Länge der Ausnehmung 50 entspricht. In die Wand der Sackbohrung 43 ist eine axial über die gesamte Tiefe der Sackbohrung 43 verlaufende Nut 52 eingelassen, deren Breite der Breite der Paßfeder 51 entspricht. Beim Zusammenbau von Elektromotor 10 und Pumpe 11 wird die Paßfeder 51 in die Nut 52 eingeschoben, so daß die beiden Wellen 18 und 36 in Drehrich­ tung formschlüssig miteinander gekoppelt sind. In axialer Rich­ tung hat der Wellenzapfen 42 vom Boden der Sackbohrung 43 ebenso einen Abstand wie die Stirnseite der Motorwelle 18 von der Schulter zwischen dem Wellenzapfen 42 und der übrigen Pumpen­ welle 36. Daraus folgt, daß eine gegenseitige axiale Abstützung der beiden Wellen nicht erfolgt.

Dies gilt auch für die Ausführung gemäß Fig. 2, bei der der in eine Sackbohrung 43 der Motorwelle 18 mit leichtem Spiel hinein­ gesteckte Zapfen 42 der Pumpenwelle 36 eine Außenverzahnung auf­ weist. Mit dieser Außenverzahnung greift der Wellenzapfen 42 in eine entsprechende Innenverzahnung der Sackbohrung 53 hinein, so daß Motorwelle 18 und Pumpenwelle 36 in Drehrichtung wiederum formschlüssig miteinander verbunden sind.

Man erkennt in den Zeichnungen, daß die Motorwelle 18 jeweils nur mit Hilfe des Kugellagers 20 an ihrem der Pumpe abgewandten Ende im Motorgehäuse 12 gelagert ist. Am pumpenseitigen Ende ist gegenüber bekannten Motor-Pumpen-Einheiten das Lager entfallen, so daß die Motorwelle 18 allein durch die Pumpenwelle 36 ausge­ richtet ist. Der Durchbruch 16 besitzt, wie man in den Figuren deutlich sieht, gegenüber dem in ihn hineinragenden Abschnitt der Motorwelle 18 einen wesentlich größeren Durchmesser, so daß eine Ausrichtung der Motorwelle 18 durch die Pumpenwelle 36 nicht behindert wird. Durch die fehlende pumpenseitige Lagerung der Motorwelle 18 wird gegenüber bekannten Motor-Pumpen-Einhei­ ten nicht nur ein Lager eingespart, so daß die Kosten schon da­ durch niedriger sind, sondern es ist auch ein einfacher Aus­ gleich von Fluchtungsfehlern möglich. Die Pumpenwelle 36 be­ stimmt die Lage des pumpenseitigen Endes der Motorwelle. Fluch­ tungsfehler werden durch im Kugellager 20 vorhandenes Spiel, durch eine gewisse Nachgiebigkeit der Motorwelle 18 und ein leichtes Spiel in der Wellenverbindung ausgeglichen.

Auf die Kontaktstellen zwischen der Motorwelle 18 und der Pum­ penwelle 36 ist ein korrisionshemmender Stoff aufgetragen, damit sich die Wellenverbindung nicht festsetzt. Für den Fall, daß eine Demontage der beiden Komponenten der Motor-Pumpen-Einheit trotzdem einmal besonders schwierig sein sollte, weist die Mo­ torwelle 18 eine durchgehende Bohrung 60 auf, durch die eine De­ montagewerkzeug bis zur Pumpenwelle 36 vorgeschoben werden kann, um über dieses Demontagewerkzeug auf die Pumpenwelle 36 einzu­ wirken. Damit durch die Bohrung 60 kein Schmutz zur Wellenver­ bindung vordringt, ist sie am Lüfterrad 22 durch einen Stopfen 61 verschlossen.

Claims (11)

1. Motor-Pumpen-Einheit umfassend eine eine innerhalb eines Pumpengehäuses (30) gelagerte Pumpenwelle (36) aufweisende Ver­ drängerpumpe (11) und einen Elektromotor (10), der eine inner­ halb eines Motorgehäuses (12) befindliche und darin gelagerte Motorwelle (18) besitzt, die lösbar mit der Pumpenwelle (36) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (18) nur an ihrem der Pumpe (11) abgewandten Ende im Motorgehäuse (12) gelagert und am pumpenseitigen Ende durch die Pumpenwelle (36) ausgerichtet ist.

2. Motor-Pumpen-Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pumpenwelle (36) und die Motorwelle (18) in­ einandergesteckt sind.

3. Motor-Pumpen-Einheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pumpenwelle (36) und die Motorwelle (18) in Drehrichtung formschlüssig miteinander gekoppelt sind.

4. Motor-Pumpen-Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindung von Pumpenwelle (36) und Motorwelle (18) als leichte Spielpassung, vorzugsweise als Gleitsitz ausge­ legt ist.

5. Motor-Pumpen-Einheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die eine Welle (36) eine Außenverzahnung und die andere Welle (18) in einer axialen Ausnehmung (53) eine In­ nenverzahnung aufweist und daß die Außenverzahnung und die In­ nenverzahnung ineinandergreifen.

6. Motor-Pumpen-Einheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pumpenwelle (36) und die Motorwelle (18) durch eine Paßfeder (51) in Drehrichtung miteinander verbunden sind.

7. Motor-Pumpen-Einheit, insbesondere nach einem vorherge­ henden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle, vor­ zugsweise die Motorwelle (18), eine durchgehende axiale Bohrung (60) aufweist.

8. Motor-Pumpen-Einheit nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß sich an den Kontaktflächen der bei­ den Wellen (18, 36) ein korrosionshemmender Stoff befindet.

9. Motor-Pumpen-Einheit nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (18) an ihrem der Pumpe (11) abgewandten Ende mit Hilfe eines von einem Lager­ schild (15) aufgenommenen Lagers (20) drehbar gelagert ist und daß das Lager (20) relativ zur Motorwelle (18) oder relativ zum Lagerschild (15) axial verschiebbar ist.

10. Motor-Pumpen-Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß axial zwischen dem Lager (20) und der Motorwelle (18) oder dem Lagerschild (15) ein nachgiebiges, insbesondere elastisches Bauteil (62) angeordnet ist.

11. Motor-Pumpen-Einheit nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorwelle (18) an ihrem der Pumpe (11) abgewandten Ende mit Hilfe eines von einem Lager­ schild (15) auf genommenen Lagers (20) drehbar gelagert ist und daß das Lager in beide axiale Richtungen am Lagerschild (15) und an der Motorwelle kraft- oder formschlüssig gehalten ist.